알프레드 노벨의 유언으로 과학적 돌파구에 대한 상이 제정되었을 때, 화학은 물리학, 의학과 함께 인정받아야 할 세 가지 분야 중 하나로 명시되었습니다. 수년이 지난 지금, 노벨상은 문학상 및 평화상과 함께 매년 수여되는 이 분야들에서 받을 수 있는 최고의 영예로 여겨집니다. 그렇다면 노벨상을 받으려면 무엇이 필요할까요?
1901년 이래로 총 115건의 노벨 화학상이 수여되었으며, 방사능부터 당 발효, 양자점에 이르기까지 다양한 발견이 그 공로를 인정받았습니다. 과학적 발견이 수년에 걸쳐 성장하고 진화함에 따라, 노벨상 선정 역시 화학이 어떻게 변화하고 세계에 영향을 미쳤는지를 반영해 왔습니다.
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CAS 팀에 문의하기알프레드 노벨의 본래 지침에 따라, 스웨덴 왕립 과학 아카데미가 매년 임명하는 위원회는 수많은 후보 중에서 “인류에게 가장 큰 혜택을 준” 발견을 찾아내고자 노력합니다. 이 문구는 어떤 의미이며, 어떤 유형의 연구가 가장 인정받기 쉬울까요?
화학 분야의 혁신 분류
2024년 노벨 화학상 발표를 앞두고, 우리는 지난 40년간의 노벨상 역사를 파헤치고 CAS Content CollectionTM의 관련 출판 데이터를 분석하여 어떤 유형의 혁신이 노벨상 수상 가능성이 가장 높은지 파악하고자 했습니다.
발견들 사이의 공통점을 찾고, 각 발견이 초기 발표부터 노벨상 수상에 이르기까지 출판 문헌을 통해 어떻게 발전했는지 추적함으로써, 우리는 역사적으로 노벨상을 수상한 세 가지 뚜렷한 혁신 범주를 확인했습니다. 각 범주는 노벨상으로 향하는 독특한 연구 경로를 나타냅니다.
- 기초적 이해: 이 범주는 우리 주변 세계의 중요한 측면에 대한 이해를 크게 향상시키는 기초 연구로부터의 학습을 나타냅니다.
- 도구 및 기술: 이 범주는 과학적 진보를 크게 향상하거나 가속화하는 새로운 연구 방식을 가능하게 하는 혁신을 포함합니다.
- 영향력 있는 응용: 이 범주는 많은 사람에게 긍정적인 혜택을 제공하는 광범위한 응용 사례를 입증했거나, 그러한 응용 가능성이 높은 새로운 기술을 포함합니다.
우리 분석의 또 다른 중요한 발견은 노벨상 후보가 되려는 이들에게 인내가 필요하다는 점입니다. 초기 발견을 공개한 핵심 논문이 발표된 후 그 연구가 노벨상을 받기까지는 평균 25년이 걸립니다. 그 기간은 최대 46년에서 최소 4년까지 매우 다양했지만, 세 범주 간의 평균 기간에는 큰 차이가 없었습니다.
범주별 수상 현황을 연대순(그림 1)으로 살펴보면, 노벨 위원회의 주목을 받는 발견 유형에 변화가 있었음을 알 수 있습니다. 예를 들어, 지난 10년간 기초 연구보다는 응용 분야에 더 큰 비중이 실렸습니다. 하지만 노벨 위원회의 심의는 엄격히 비공개로 진행되므로 향후 10년 동안 어떤 변화가 있을지는 알 수 없습니다.
노벨상으로 이어지는 각 경로의 특징을 더 자세히 살펴보고, 이해를 돕기 위한 사례들을 알아보겠습니다.
기초적 이해
이 범주에서 인정받은 발견들은 흔히 노벨상 하면 떠올리는 전형적인 연구들입니다. 이는 우리 주변 세계가 어떻게 작동하는지에 대한 과학계의 근본적인 지식을 크게 확장한 성과들입니다.
이 범주에 해당하는 과거 노벨상 수상 연구 사례는 다음과 같습니다.
- DNA 복구의 기전 연구. 토마스 린달(Tomas Lindahl), 폴 모드리치(Paul Modrich), 아지즈 산자르(Aziz Sancar). 2015년.
- 대기 화학, 특히 오존의 생성 및 분해와 관련한 연구. 파울 크뤼천(Paul J. Crutzen), 마리오 몰리나(Mario J. Molina), F. 셔우드 롤런드(F. Sherwood Rowland). 1995년.
- RNA의 촉매 특성. 시드니 올트먼(Sidney Altman), 토머스 체크(Thomas R. Cech). 1989년.
많은 이들이 노벨상의 대다수가 이러한 유형의 연구에 수여될 것이라 예상하지만, 지난 40년간의 화학상 수상 사례를 분석한 결과 이 범주에 속하는 연구는 37.5%에 불과했습니다.
그림 2의 그래프는 이 범주 연구의 전형적인 성장 궤적을 보여주는 사례로, DNA 복구에 관한 특허 및 저널 출판물 수를 추적한 것입니다. 노벨상을 받은 기초 발견들은 시간이 지남에 따라 꾸준하고 거의 선형적인 관심도 상승을 보입니다. 이는 핵심적인 기초 연구 발견이 어떻게 지식의 연쇄 반응을 촉매하는지, 그리고 과학계가 전체적인 지식을 확장함에 따라 각 연구가 어떻게 이전 성과를 바탕으로 축적되는지를 잘 보여줍니다.
그림 2: 연도별 DNA 복구 관련 저널 및 특허 출판물 수. 출처: CAS Content Collection.
그림 2에서 볼 수 있듯이, 이러한 유형의 획기적인 연구는 특허보다는 저널에 거의 독점적으로 발표됩니다. 이는 직접적인 상업적 응용으로 이어지지 않는 기초 연구를 다루는 이 범주의 특성상 당연한 결과입니다.
그림 1의 타임라인을 보면 이러한 기초 발견에 대한 노벨상의 인정은 최근 들어 다소 줄어들었으며, 가장 최근의 수상은 2016년에 있었습니다. 그러나 여전히 과학적으로 규명되지 않은 우리 세계의 핵심적인 측면들이 많고 매년 새로운 사실들이 밝혀지고 있는 만큼, 이 범주는 노벨상의 영원한 후보로 남아 있습니다.
CAS 과학 팀이 조만간 노벨상 수상 가능성이 높다고 판단하는 연구 분야로는 화학 생물학의 여러 측면, 핵 수용체, 그리고 장내 미생물군 등이 있습니다.
도구 및 기술
놀랍게도 지난 40년간 노벨 화학상은 더 나은 효율적인 연구를 가능하게 함으로써 과학적 진보를 크게 향상하거나 가속화한 새로운 연구 방법을 개발한 과학자들에게 가장 많이 수여되었습니다. 이 범주는 해당 기간 전체 수상의 50%를 차지했습니다.
최근 이 범주에서 노벨상을 받은 발견의 예는 다음과 같습니다.
- 유전자 편집 방법 개발. 에마뉘엘 샤르팡티에(Emmanuelle Charpentier), 제니퍼 다우드나(Jennifer A. Doudna). 2020년.
- 초고해상도 형광 현미경 개발. 에릭 베치그(Eric Betzig), 슈테판 헬(Stefan W. Hell), 윌리엄 머너(William E. Moerner). 2014년.
- 카이랄 촉매 수소화 반응 및 카이랄 촉매 산화 반응. 윌리엄 놀스(William S. Knowles), 노요리 료지(Ryoji Noyori), K. 배리 샤플리스(K. Barry Sharpless). 2001년.
아래 그림 3은 이 범주의 노벨상 수상 연구에서 전형적으로 나타나는 초고해상도 형광 현미경의 시간 경과에 따른 출판물 증가 패턴을 보여줍니다. 이러한 고영향력 기능적 발견에 대한 관심은 새로운 방법과 기술이 검증되고, 빠르게 채택되며, 연구 커뮤니티 내에서 개선됨에 따라 급격히 상승합니다. 그러나 이 범주의 발견에서는 최초 공개 후 10~30년이 지나면 출판물 수가 정체되는 현상이 자주 관찰됩니다. 이는 해당 기술이 각 분야의 일반적인 표준으로 자리 잡으면서 나타나는 결과로 보입니다. 결국 이 기술들은 언급되지 않거나 차세대 혁신 기술에 의해 대체됩니다.
그림 3: 연도별 초고해상도 형광 현미경 관련 학술지 및 특허 출판물 수. 출처: CAS Content Collection.
그림 3에서 볼 수 있듯이, 이 범주의 발견 역시 주로 학술지에 발표되지만, 기술이 상업적 관심을 끌 만큼 충분히 발전한 후인 최초 발견 10년 이상이 지난 시점에 특허 활동이 나타나는 경우가 많습니다.
그림 1의 타임라인을 다시 살펴보면, 지난 40년간 노벨 위원회가 이러한 도구와 기술을 지속적으로 인정해 왔음을 알 수 있으며, 이는 앞으로도 이 범주에서 노벨상 수상자가 계속 나올 가능성이 높음을 시사합니다. CAS 과학 팀이 향후 노벨상 수상 후보로 고려될 수 있다고 판단하는 영향력 있는 도구 및 기술로는 DNA 합성, 덴드리머 촉매, 알파폴드(AlphaFold), 원자 이동 라디칼 중합 등이 있습니다.
영향력 있는 응용 분야
흥미롭게도 노벨 위원회는 지난 40년간 광범위하고 지대한 긍정적 영향을 미친 발견을 인정한 사례가 드뭅니다. 이 범주는 해당 기간 동안 노벨상을 5회 수상하는 데 그쳐 전체의 12.5%를 차지할 뿐이지만, 이러한 발견들은 대중에게 가장 잘 알려져 있을 가능성이 높습니다.
최근 이 범주에서 노벨상을 받은 발견의 예는 다음과 같습니다.
- 전도성 고분자의 발견 및 개발. 앨런 J. 히거, 앨런 G. 맥디아미드, 시라카와 히데키. 2000년.
- 리튬 이온 배터리의 개발. 존 B. 구디너프, 스탠리 휘팅엄, 요시노 아키라. 2019년.
- 풀러렌의 발견. 로버트 F. 컬 주니어, 해럴드 W. 크로토 경, 리처드 E. 스몰리. 1996년.
그림 4에서 볼 수 있듯이, 이 연구 범주의 가장 독특한 특징 중 하나는 특허 출판물의 비중이 높다는 점입니다. 이러한 기술은 종종 상업적 관심에 힘입어 거의 지수 함수적이고 지속적인 상승세를 보이며, 이는 높은 특허 출원량으로 나타납니다. 일반적으로 이 범주의 주제와 관련된 출판물 중 특허가 50% 이상을 차지합니다.
그림 4: 연도별 리튬 이온 배터리 관련 학술지 및 특허 출판물 수. 출처: CAS Content Collection.
그림 1의 타임라인을 다시 살펴보면, 이 범주에서 수여된 5개의 노벨상 중 2개가 지난 10년 사이에 이루어졌음을 알 수 있는데, 이는 과거의 기준과 비교했을 때 빈도가 급격히 증가한 것입니다. 이것이 응용 분야에 대한 인정이 늘어나는 추세인지, 아니면 최근의 일시적인 현상인지는 지켜봐야 합니다. 하지만 응용 중심의 노벨상 수상이 늘어날 경우를 대비해 CAS 과학 팀은 유기 발광 다이오드(OLED), 금속 유기 골격체(MOF), 태양 전지 등을 후보로 선정했습니다.
2024년 노벨 화학상 수상자는 누가 될까요?
2024년 10월 9일, 2024년 노벨 화학상 수상자가 발표됩니다. 매년 그렇듯 다양한 분야에서 흥미로운 발전이 이루어지고 있어 훌륭한 후보들이 많습니다. 분석적인 접근 방식을 취하더라도 방대한 후보군 중에서 미래의 노벨상 수상자를 예측하기란 거의 불가능합니다. 그러나 어떤 유형의 발견이 인정받는지 이해하는 것은 노벨 위원회가 이 과제를 어떻게 해석해 왔는지에 대한 통찰력을 제공합니다. 올해 어떤 연구 분야가 인정받든, 매년 열리는 이 발표는 전 세계 과학자들의 상상력을 자극하고 새로운 과학적 발견이 가져올 지대한 혜택과 잠재력으로 우리 모두에게 영감을 줄 것입니다.
업데이트: 2024년, 데이비드 베이커는 계산 단백질 설계로, 데미스 허사비스와 존 점퍼는 알파폴드2를 활용한 AI 기반 단백질 구조 예측으로 노벨상을 수상했습니다. 이들의 연구는 전례 없는 정밀도로 단백질을 생성하고 이해할 수 있는 길을 열었습니다.
© Nobel Prize Outreach. 사진: 휴 폭스
